光模塊知識(shí)(詳細(xì))

1、光模塊知識(shí) 轉(zhuǎn)載自通信人家園光模塊的發(fā)展簡述光模塊分類按封裝：1*9 、GBIC、 SFF、SFP、XFP、SFP+、X2、XENPARK、300pin等。按速率：155M、622M、1.25G、2.5G、4.25G、10G、40G等。按波長：常規(guī)波長、CWDM、DWDM等。按模式：單模光纖（黃色）、多模光纖（橘紅色）。按使用性：熱插拔（GBIC、 SFP、XFP、XENPAK）和非熱插拔（1*9、SFF）。封裝形式  光模塊基本原理光收發(fā)一體模塊（Optical Transceiver)光收發(fā)一體模塊是光通信的核心器件，完成對(duì)光信號(hào)的光-電/電-光轉(zhuǎn)換。由兩部分組成：接收

2、部分和發(fā)射部分。接收部分實(shí)現(xiàn)光-電變換，發(fā)射部分實(shí)現(xiàn)電-光變換。發(fā)射部分：輸入一定碼率的電信號(hào)經(jīng)內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)芯片處理后驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器(LD)或發(fā)光二極管(LED)發(fā)射出相應(yīng)速率的調(diào)制光信號(hào)，其內(nèi)部帶有光功率自動(dòng)控制電路(APC)，使輸出的光信號(hào)功率保持穩(wěn)定。接收部分：一定碼率的光信號(hào)輸入模塊后由光探測二極管轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)前置放大器后輸出相應(yīng)碼率的電信號(hào)，輸出的信號(hào)一般為PECL電平。同時(shí)在輸入光功率小于一定值后會(huì)輸出一個(gè)告警信號(hào)。  光模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)光模塊的主要參數(shù)1. 傳輸速率傳輸速率指每秒傳輸比特?cái)?shù)，單位Mb/s 或Gb/s。主要速率：百兆、千兆、2.5G、4.25G和

3、萬兆。2.傳輸距離光模塊的傳輸距離分為短距、中距和長距三種。一般認(rèn)為2km 及以下的為短距離，1020km 的為中距離，30km、40km 及以上的為長距離。光模塊的傳輸距離受到限制，主要是因?yàn)楣庑盘?hào)在光纖中傳輸時(shí)會(huì)有一定的損耗和色散。注意：損耗是光在光纖中傳輸時(shí)，由于介質(zhì)的吸收散射以及泄漏導(dǎo)致的光能量損失，這部分能量隨著傳輸距離的增加以一定的比率耗散。色散的產(chǎn)生主要是因?yàn)椴煌ㄩL的電磁波在同一介質(zhì)中傳播時(shí)速度不等，從而造成光信號(hào)的不同波長成分由于傳輸距離的累積而在不同的時(shí)間到達(dá)接收端，導(dǎo)致脈沖展寬，進(jìn)而無法分辨信號(hào)值。因此，用戶需要根據(jù)自己的實(shí)際組網(wǎng)情況選擇合適的光模塊，以滿足不同的傳輸距離

4、要求。3.中心波長中心波長指光信號(hào)傳輸所使用的光波段。目前常用的光模塊的中心波長主要有三種：850nm 波段、1310nm 波段以及1550nm 波段。850nm 波段：多用于2km短距離傳輸1310nm 和1550nm 波段：多用于中長距離傳輸，2km以上的傳輸。光纖類型1. 光纖模式（Fiber Mode）按光在光纖中的傳輸模式可將光纖分為單模光纖和多模光纖兩種。多模光纖(MMF，Multi Mode Fiber)，纖芯較粗，可傳多種模式的光。但其模間色散較大，且隨傳輸距離的增加模間色散情況會(huì)逐漸加重。多模光纖的傳輸距離還與其傳輸速率、芯徑、模式帶寬有關(guān)，具體關(guān)系請(qǐng)參見下表。單模光纖(SM

5、F，Single Mode Fiber)，纖芯較細(xì)，只能傳一種模式的光。因此，其模間色散很小，適用于遠(yuǎn)程通訊。2. 光纖的端面與直徑按照光纖連接器連接頭內(nèi)插針端面分：PC，SPC，UPC，APC按照光纖連接器的直徑分：3，2, 0.93. 光纖接口連接器類型接口連接器用于連接可插拔模塊及相應(yīng)的傳輸媒質(zhì)。光纖連接器是光纖通信系統(tǒng)中不可缺少的無源器件，它的使用使得光通道間的可拆式連接成為可能，既方便了光系統(tǒng)的調(diào)測與維護(hù)，又使光系統(tǒng)的轉(zhuǎn)接調(diào)度更加靈活。按照光纖的類型分：單模光纖連接器（一般為G.652 纖：光纖內(nèi)徑9um，外徑125um）；多模光纖連接器（一種是G.651 纖其內(nèi)徑50um，外徑12

6、5um；另一種是內(nèi)徑62.5um，外徑125um）；按照光纖連接器的連接頭形式分：FC，SC，ST，LC，MU，MTRJ 等等，目前常用的有FC，SC，ST，LCSC（Subscriber Connector Standard Connector，標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器），由日本NTT公司開發(fā)的模塑插拔耦合式連接器。其外殼采用模塑工藝，用鑄模玻璃纖維塑料制成，呈矩形；插針由精密陶瓷制成，耦合套筒為金屬開縫套管結(jié)構(gòu)。緊固方式采用插拔銷式，不需要旋轉(zhuǎn)。外觀圖如下所示LC 連接器（Lucent Connector or Local Connector，朗訊連接器），外觀圖如下：注意：為了保護(hù)光纖連接器的清潔

7、，請(qǐng)務(wù)必保證在未連接光纖時(shí)蓋上防塵帽。接口指標(biāo)輸出光功率輸出光功率指光模塊發(fā)送端光源的輸出光功率?？梢岳斫鉃楣獾膹?qiáng)度，單位為W或mW或dBm。其中W或mW為線性單位，dBm為對(duì)數(shù)單位。在通信中，我們通常使用dBm來表示光功率。公式：P(dBm)=10Log(P/1mW)光功率衰減一半，降低3dB，0dBm的光功率對(duì)應(yīng)1mW使用光功率計(jì)測量。針對(duì)PON產(chǎn)品，由于其ONU端采用的是突發(fā)模式，因此需使用專用的光功率計(jì)進(jìn)行測量，串接在線路中，可以即時(shí)給出當(dāng)前上行和下行的光功率。接收靈敏度接收靈敏度指的是在一定速率、誤碼率情況下光模塊的最小接收光功率，單位：dBm。一般情況下，速率越高接收靈敏度越差，即

8、最小接收光功率越大，對(duì)于光模塊接收端器件的要求也越高。考慮到光纖老化或其他不可預(yù)見因素導(dǎo)致的鏈路損耗增大，最佳接收光功率范圍控制在接收靈敏度以上2-3dB 至過載點(diǎn)以下2-3dB，即上圖中的白色區(qū)域。受壓靈敏度受壓靈敏度指輸入信號(hào)在附加了抖動(dòng)和垂直眼閉（vertical eye closure）劣化條件后測得的靈敏度值，單位：dBm。此概念僅針對(duì)于10G 接口模塊（XENPAK 模塊及XFP 模塊）。光模塊發(fā)射光功率和接收靈敏度發(fā)射光功率指發(fā)射端的光強(qiáng)，接收靈敏度指可以探測到的光強(qiáng)度。兩者都以dBm為單位，是影響傳輸距離的重要參數(shù)。光模塊可傳輸?shù)木嚯x主要受到損耗和色散兩方面受限。損耗限制可以根

9、據(jù)公式：損耗受限距離（發(fā)射光功率接收靈敏度）/光纖衰減量來估算。光纖衰減量和實(shí)際選用的光纖相關(guān)。一般目前的G.652光纖可以做到1310nm波段0.5dB/km，1550nm波段0.3dB/km甚至更佳。50um多模光纖在850nm波段4dB/km 1310nm波段2dB/km。對(duì)于百兆、千兆的光模塊色散受限遠(yuǎn)大于損耗受限，可以不作考慮。飽和光功率值指光模塊接收端最大可以探測到的光功率，一般為3dBm。當(dāng)接收光功率大于飽和光功率的時(shí)候同樣會(huì)導(dǎo)致誤碼產(chǎn)生。因此對(duì)于發(fā)射光功率大的光模塊不加衰減回環(huán)測試會(huì)出現(xiàn)誤碼現(xiàn)象。光飽和度又稱飽和光功率，指的是在一定的傳輸速率下，維持一定的誤碼率（10-1010

10、-12）時(shí)的最大輸入光功率，單位：dBm。需要注意的是，光探測器在強(qiáng)光照射下會(huì)出現(xiàn)光電流飽和現(xiàn)象，當(dāng)出現(xiàn)此現(xiàn)象后，探測器需要一定的時(shí)間恢復(fù)，此時(shí)接收靈敏度下降，接收到的信號(hào)有可能出現(xiàn)誤判而造成誤碼現(xiàn)象，而且還非常容易損壞接收端探測器，在使用操作中應(yīng)盡量避免超出其飽和光功率。注意對(duì)于長距光模塊，由于其平均輸出光功率一般大于其最大輸入光功率（即光飽和度），因此請(qǐng)用戶使用時(shí)關(guān)注光纖使用長度，以保證到達(dá)光模塊的實(shí)際接收光功率小于其光飽和度，否則有可能造成光模塊的損壞。SFP光模塊SFP光模塊，全稱Small Form-factor Pluggable，即：小型可熱插拔光收發(fā)一體模塊。 SFP模塊體積比

11、GBIC模塊減少一半，可以在相同的面板上配置多出一倍以上的端口數(shù)量。SFP模塊的其他功能基本和GBIC一致。有些交換機(jī)廠商稱SFP模塊為小型化GBIC（MINI-GBIC）。外觀結(jié)構(gòu)：分類：速率：155M、1.25G、2.5G、4.25G等波長：常規(guī)波長、CWDM、DWDM距離：短距、中距、長距傳輸模式：電口、單模（光纖黃色）、多模（光纖橘紅色）SFP光模塊的特殊類型包括：BIDI-SFP、電口SFP、CWDM SFP、DWDM SFP、SFP+光模塊等。BIDI 模塊BiDi（Bidirectional）即：單纖雙向。利用WDM技術(shù),發(fā)送和接收兩個(gè)方向使用不同的中心波長。實(shí)現(xiàn)一根光纖雙向傳輸

12、光信號(hào)。一般光模塊有兩個(gè)端口，TX為發(fā)射端口，RX為接收端口；而該光模塊只有1個(gè)端口，通過光模塊中的濾波器進(jìn)行濾波，同時(shí)完成1310nm光信號(hào)的發(fā)射和1550nm光信號(hào)的接收，或者相反。因此該模塊必須成對(duì)使用，他最大的優(yōu)勢就是節(jié)省光纖資源。應(yīng)用領(lǐng)域：常規(guī)SFP、xWDM SFP、以及PON SFPC-SFPCompact SFP，緊湊型SFP，在現(xiàn)有SFP封裝基礎(chǔ)上，發(fā)展為更先進(jìn)、更緊湊的CSFP封裝。CSFP MSA中共定義了3種C-SFP：1ch Compact SFP2ch Compact SFP（Option 1）2ch Compact SFP（Option 2）CWDM模塊CWDM光

13、模塊采用CWDM 技術(shù)，可以通過外接波分復(fù)用器，將不同波長的光信號(hào)復(fù)合在一起，通過一根光纖進(jìn)行傳輸，從而節(jié)約光纖資源。同時(shí)，接收端需要使用波分解復(fù)用器對(duì)復(fù)光信號(hào)進(jìn)行分解。CWDM SFP光模塊分為18個(gè)波段，從1270nm1610nm，每兩個(gè)波段之間相隔20nm。CWDM SFP具有速率和協(xié)議透明性，CWDM 提供了在一根光纖上提供不同速率的、對(duì)協(xié)議透明的傳輸通道，允許使用者直接上下某一個(gè)波長，而不用轉(zhuǎn)換原始信號(hào)的格式。常用8個(gè)波段，從1470nm1610nm，每通道間隔20nm。一般會(huì)用顏色來區(qū)分不同波段光模塊。什么情況下使用CWDM SFP？DWDM 模塊DWDM SFP屬于密集波分復(fù)用技

14、術(shù)，可以將不同波長的光偶合到單芯光纖中去，一起傳輸。 DWDM SFP的通道間隔根據(jù)需要有0.4nm,0.8nm,1.6nm等不同間隔,間隔較小、需要額外的波長控制器件。DWDM SFP的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)是它的協(xié)議和傳輸速度是不相關(guān)的。電口模塊  電口模塊，即Copper SFP，SFP封裝，電口模塊，100米可支持最大傳輸距離 100m（RJ45，5類雙絞線為傳輸介質(zhì)）。SFP+光模塊SFP+光模塊：是新一代的萬兆光模塊,它按照ANSI T11協(xié)議,可以滿足光纖通道的8.5G和以太網(wǎng)10G的應(yīng)用。SFP+比早期的XFP光模塊外觀尺寸縮小了約30%,和普通的SFP光模塊外觀一樣

15、。SFP+只保留了基本的電光、光電轉(zhuǎn)換功能,減少了原有XFP設(shè)計(jì)中的SerDes, CDR, EDC, MAC等信號(hào)控制功能,從而簡化了10G光模塊的設(shè)計(jì),功耗也因而更小。具有高密度、低功耗、更低系統(tǒng)構(gòu)造成本等顯著優(yōu)點(diǎn)SFP+的屏蔽要求比SFP更嚴(yán)格,要求具備更好的屏蔽效果。XFP 模塊  XFP模塊是一種可熱插拔的、占電路板面積很小的、串行串行光收發(fā)器，可以支持SONET OC192、10 Gbps 以太網(wǎng)、10 Gbps 光纖通道和G.709鏈路。GBIC光模塊  GBIC是Giga Bitrate Interface Converter的縮寫，是將

16、千兆位電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的接口器件。GBIC設(shè)計(jì)上可以為熱插拔使用，是一種符合國際標(biāo)準(zhǔn)的可互換產(chǎn)品。Xenpak光模塊  Xenpak光模塊通過70pin的SFP連接器與電路板連接，其數(shù)據(jù)通道是XAUI接口；Xenpak支持所有IEEE 802.3ae定義的光接口，在線路端可以提供10.3 Gb/s、9.95 Gb/s或4×3.125 Gb/s的速率。Xpak和X2光模塊Xpak和X2光模塊都是從Xenpak標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)而來的，其內(nèi)部功能模塊與Xenpak基本相同，在電路板上的應(yīng)用也相同，都是使用一個(gè)模塊即可實(shí)現(xiàn)10G以太網(wǎng)光接口的功能。由于Xenpak光模塊安裝到電

17、路板上時(shí)需要在電路板上開槽，實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜，無法實(shí)現(xiàn)高密度應(yīng)用。而Xpak和X2光模塊經(jīng)過改進(jìn)后體積只有Xenpak的一半左右，可以直接放到電路板上，因此適用于高密度的機(jī)架系統(tǒng)和PCI網(wǎng)卡應(yīng)用。SFP光模塊的選用光模塊的傳輸距離分為短距、中距和長距三種。模塊型號(hào)標(biāo)稱的傳輸距離只作為一種分類方法，實(shí)際應(yīng)用中不能直接套用。因?yàn)楣庑盘?hào)在光纖中傳輸時(shí)會(huì)有一定的損耗和色散，無法達(dá)到標(biāo)稱的傳輸距離。損耗是光在光纖中傳輸時(shí)，由于介質(zhì)的吸收散射以及泄漏導(dǎo)致的光能量損失，這部分能量隨著傳輸距離的增加以一定的比率耗散。色散的產(chǎn)生主要是因?yàn)椴煌ㄩL的電磁波在同一介質(zhì)中傳播時(shí)速度不等，從而造成光信號(hào)的不同波長成分由于傳輸

18、距離的累積而在不同的時(shí)間到達(dá)接收端，導(dǎo)致脈沖展寬，進(jìn)而無法分辨信號(hào)值。因此，用戶需要根據(jù)自己的實(shí)際組網(wǎng)情況選擇合適的光模塊，以滿足不同的傳輸距離要求。實(shí)際傳輸距離取決于對(duì)應(yīng)型號(hào)光模塊的實(shí)際發(fā)射功率、光路上的傳輸衰減和光口的接收靈敏度。發(fā)射光功率和接收靈敏度是影響傳輸距離的重要參數(shù)。損耗限制可以根據(jù)公式來估算：損耗受限距離=（發(fā)射光功率-接收靈敏度）/光纖衰減量光纖衰減量和實(shí)際選用的光纖相關(guān)：G.652光纖可以做到：1310nm波段0.5dB/km1550nm波段0.25dB/km50um多模光纖：850nm波段3.5dB/km1310nm波段2dB/km。對(duì)于長距光模塊：平均輸出光功率>

19、飽和光功率注意光纖使用長度，以保證到達(dá)光模塊的實(shí)際接收光功率小于其光飽和度，否則有可能造成光模塊的損壞。SFP光模塊安裝SFP光模塊安裝SFP光模塊卸載注意：永遠(yuǎn)不要讓光纖尾部正對(duì)你的眼睛，永遠(yuǎn)不要向光纖里面看，不要直接或使用儀器看光纖尾部。激光是不可見的，但可能會(huì)對(duì)人眼造成永久傷害。光模塊功能失效重要原因光模塊功能失效分為發(fā)射端失效和接收端失效，分析具體原因，最常出現(xiàn)的問題集中在以下幾個(gè)方面：1. 光口污染和損傷由于光接口的污染和損傷引起光鏈路損耗變大，導(dǎo)致光鏈路不通。產(chǎn)生的原因有：A. 光模塊光口暴露在環(huán)境中，光口有灰塵進(jìn)入而污染；B. 使用的光纖連接器端面已經(jīng)污染，光模塊光口二次污染；C

20、. 帶尾纖的光接頭端面使用不當(dāng)，端面劃傷等；D. 使用劣質(zhì)的光纖連接器；2. ESD損傷ESD是ElectroStatic Discharge縮寫即"靜電放電"，是一個(gè)上升時(shí)間可以小于1ns（10億分之一秒）甚至幾百ps（1ps10000億分之一秒）的非?？斓倪^程，ESD可以產(chǎn)生幾十Kv/m甚至更大的強(qiáng)電磁脈沖。靜電會(huì)吸附灰塵，改變線路間的阻抗，影響產(chǎn)品的功能與壽命； ESD的瞬間電場或電流產(chǎn)生的熱，使元件受傷，短期仍能工作但壽命受到影響；甚至破壞元件的絕緣或?qū)w，使元件不能工作（完全破壞）。ESD是不可避免，除了提高電子元器件的抗ESD能力，重要的是正確使用，引起ESD損傷的因素有：環(huán)境干燥，易產(chǎn)生ESD；不正常的操作，如：非熱插拔光模塊帶電操作；不做靜電防護(hù)直接用手接觸光模塊靜電敏感的管腳t2；運(yùn)輸和存放過程中沒有防靜電包裝；設(shè)備沒有接地或者接地不良；光收發(fā)一體光模塊應(yīng)用注意點(diǎn)1. 光口問題光鏈路上各處的損耗衰減都關(guān)系到傳輸?shù)男阅?，因此要求：A 選擇符合入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的光纖連接器；B 光纖連接器要有封帽，不使用時(shí)蓋上封帽，避免光纖連接器污染而二次污染光模塊光口；封帽不使用時(shí)應(yīng)放在防塵干凈處保存；C 光纖連接器插入是水平對(duì)準(zhǔn)光口，避免端面和套筒劃傷；D 光模塊光口避免長時(shí)間暴露，不使用時(shí)加蓋光口塞；光口塞不使用時(shí)儲(chǔ)存在防塵干凈處